貝勒醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新機(jī)制，顯示微生物如何改變它們所生活的生物的生理機(jī)能。在自然細(xì)胞生物學(xué)雜志上發(fā)表的一篇論文中，研究人員揭示了生活在實(shí)驗(yàn)室蠕蟲(chóng)線蟲(chóng)中的微生物是如何響應(yīng)環(huán)境變化并向蠕蟲(chóng)發(fā)出信號(hào)，改變其儲(chǔ)存脂質(zhì)的方式。

“微生物 - 宿主之間的相互作用已經(jīng)有很長(zhǎng)一段時(shí)間了，但調(diào)解這種相互作用的實(shí)際分子機(jī)制在很大程度上是未知的，”資深作者，貝勒分子和人類(lèi)遺傳學(xué)副教授，赫芬頓衰老中心的王孟博士說(shuō)。 。“生活在另一種生物體內(nèi)的微生物，宿主，可以對(duì)環(huán)境的變化作出反應(yīng)，改變它們產(chǎn)生的分子，從而影響宿主身體的正常運(yùn)作，包括疾病易感性。”

在這項(xiàng)研究中，王某和第一作者芷駿霖博士在王實(shí)驗(yàn)室工作已解剖的第一次的分子機(jī)制，通過(guò)該大腸桿菌的細(xì)菌可以調(diào)節(jié)線蟲(chóng)'脂質(zhì)存儲(chǔ)。

大腸桿菌如何改變秀麗隱桿線蟲(chóng)中的脂質(zhì)儲(chǔ)存

秀麗隱桿線蟲(chóng)是一種實(shí)驗(yàn)室蠕蟲(chóng)模型，科學(xué)家用它來(lái)研究健康和疾病的基本生物學(xué)機(jī)制。

“這種蠕蟲(chóng)自然消耗并與腸道中的細(xì)菌一起生活，并以與人類(lèi)和微生物相似的方式與它們相互作用。在實(shí)驗(yàn)室中，我們可以通過(guò)控制生活在這種蠕蟲(chóng)體內(nèi)的細(xì)菌類(lèi)型來(lái)研究基本的生物學(xué)機(jī)制。作為其他變量然后確定對(duì)蠕蟲(chóng)生理的影響，“王說(shuō)。

在這項(xiàng)研究中，王和林比較了兩組蠕蟲(chóng)。一組接受了在營(yíng)養(yǎng)豐富的環(huán)境中生長(zhǎng)的細(xì)菌。另一組蠕蟲(chóng)接受了相同類(lèi)型的細(xì)菌，但它在營(yíng)養(yǎng)不良的條件下生長(zhǎng)。兩組蠕蟲(chóng)都接受相同數(shù)量和類(lèi)型的營(yíng)養(yǎng)，唯一的區(qū)別是細(xì)菌在施用于蠕蟲(chóng)之前生長(zhǎng)的環(huán)境類(lèi)型。

有趣的是，攜帶來(lái)自營(yíng)養(yǎng)不良環(huán)境的細(xì)菌的蠕蟲(chóng)在它們體內(nèi)的蠕蟲(chóng)中存在的脂肪含量是營(yíng)養(yǎng)豐富環(huán)境中細(xì)菌的兩倍。

然后研究人員進(jìn)行了更多的實(shí)驗(yàn)，并確定在營(yíng)養(yǎng)不良的環(huán)境中缺乏氨基酸蛋氨酸，通過(guò)產(chǎn)生不同的化合物引發(fā)細(xì)菌適應(yīng)，然后在蠕蟲(chóng)中引發(fā)一系列事件導(dǎo)致額外的脂肪積累。此外，研究人員觀察到，顯示出額外脂肪堆積的組織也會(huì)使其線粒體碎裂。已知線粒體的活動(dòng)，它們的融合和分裂之間的平衡與代謝活動(dòng)緊密結(jié)合。

揭示未預(yù)料到的連接的機(jī)制

研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)菌能夠引發(fā)線粒體斷裂，然后引發(fā)額外的脂質(zhì)積累，因?yàn)榧?xì)菌觸發(fā)的分子中間體使它們能夠與線粒體“建立溝通”。

“我們首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌和線粒體可以在代謝水平上相互交談的證據(jù)，”王說(shuō)。

細(xì)菌和線粒體就像遠(yuǎn)房親戚。進(jìn)化證據(jù)強(qiáng)烈表明，線粒體從進(jìn)入其他細(xì)胞類(lèi)型并進(jìn)入其結(jié)構(gòu)的細(xì)菌中下降。線粒體在細(xì)胞新陳代謝的許多方面發(fā)揮著重要作用，但也維持與其細(xì)菌祖先非常相似的基因。

“有趣的是，細(xì)菌產(chǎn)生的分子可以在線粒體之間的通訊中發(fā)出作用，并調(diào)節(jié)它們的融合 - 裂變平衡，”王說(shuō)。“我們的研究結(jié)果揭示了細(xì)菌和線粒體之間的這種共同語(yǔ)言，盡管它們彼此之間的進(jìn)化距離很遠(yuǎn)。”

這種共同語(yǔ)言的一些組成部分涉及蛋白質(zhì)，如NR5A，Patched和Sonic Hedgehog。后者對(duì)研究人員特別感興趣，因?yàn)樗皼](méi)有參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和線粒體動(dòng)力學(xué)。

“微生物組中的微生物可以影響宿主功能的許多方面，在這里我們提出了一種新的分子機(jī)制，介導(dǎo)微生物 - 宿主通訊，”王說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)了一種機(jī)制，鼓勵(lì)我們調(diào)查可能與其他生理方面有關(guān)的其他因素，例如壓力反應(yīng)和衰老等。”